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Folienrolladen zur Gebäudeklimatisierung
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Die Erfindung betrifft einen Folienrolladen mit einer oder mehreren
Folien unterschiedlichen Transparenz- und Reflexionsgrades für Strahlung zur passiven
Gebäudeklimatisierung.
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Derartige Folienrolladen werden benötigt, wenn während der Heizperiode
die durch Fenster oder transparente Isolation einfallende Solarstrahlung zu Heizzwecken
ausgenutzt oder wenn während der Sommerzeit der dort nicht erwünschte Infrarotanteil
der Solarstrahlung reflektiert, das sichtbare Licht zur Raumbeleuchtung aber durchgelassen
werden soll.
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Es ist bekannt, daß zu diesem Zweck Mehrfach-Folienrolladen vorgeschlagen
wurden, die in der Lage sind, je nach Bedarf eine entsprechende Folie als Kälteschutz
oder als Hitzeschutz in eine Fensterfläche einzubringen (DE 2933 583 Al). Das vorgeschlagene
Verfahren berücksichtigt jedoch nur die primären Strahlungsverhältnisse. Daß dieses
Verfahren nur beim Hitzeschutz, nicht jedoch beim Kälteschutz voll wirksam ist,
soll im folgenden gezeigt werden: Für den Hitzeschutz wird der Infrarot-Anteil der
Solarstrahlung reflektiert.
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Dieser Teil des Solarspektrums passiert die Fensterscheiben in beiden
Richtungen ohne wesentliche Beeinflussung durch die Glasscheiben. Die entsprechende
Folie kann deshalb ohne weitere Maßnahmen wirksam werden. Anders bei der Kälteschutz-Folie.
Aufgabe dieser Folie ist es, das volle Solarspektrum passieren zu lassen, aber die
langwellige Infrarot-Wärmestrahlung de Raumes zu reflektieren. Im Unterschied zu
der kurzwelligen Infrarotstrahlung Solarspektrums absorbiert Fensterglas die Raumstrahlung
praktisch vollständig.
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Die z.B. bei Nacht von einem Raum-abgegebene Strahlung passiert also
nicht wie die Solarstrahlung die Fensterscheibe, sondern wird von dieser zunächst
absorbiert. Die von der Fensterscheibe in beide Richtungen wieder abgegebene Strahlung
wird durch ihre Temperatur bestimmt. Diese Temperatur stellt sich ein, als Folge
der aufgenommenen Energie, - das ist die absorbierte Raumwärmestrahlung und die
durch Konvektion und Wärmeleitung von der Raumluft an das Fenster übertragene Wärme
- und der abgegebenen Energie - das ist die an den Raum zurückgestrahite Energie,
die nach außen abgestrahlte Energie und die durch Konvektion und Wärmeleitung nach
außen abgegebene Energie.
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Die Reflexion der Raumwärmestrahlung, z.B. durch eine an der Rauminnenseite
angebrachte Folie,- erbringt deshalb nur dann eine Verkleinerung der abgestrahlten
Energieverluste durch das Fenster, wenn damit eine Temperaturerniedrigung der Fensterscheibe
erzielt wird. Dies wird mit der in DE 2933 583 P vorgeschlagenen Einrichtung nicht
oder nur unvollständig erreicht, weil die Fens scheibe hinter der Folie wegen des
dort fehlenden Abschlusses dieses Zwischenraumes durch Naturkonvektion und Wärmeleitung
praktisch auf Raumtemperatur oder knapp darunter gehalten wird.
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Außerdem muß der Tatsache Beachtung geschenkt werden, daß Kunststoffe,
also auch die Trägermaterialien für Reflexionsschichten, im langwelligen Infrarot
der Raumstrahlung mehr oder weniger stark absorbieren und damit auch emittieren.
Aus diesem Grund wird eine unbeschichtete und der Fensterscheibe zugewandte Folienrückseite
praktisch gleich stark abstrahlen wie der Raum selbst, da die Folie sich auf Raumtemperatur
befindet.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den die Wirkung
der Wärmestrahlungsreflexion unterbindenden konvektiven Wärmeübergang an die innere
Scheibe eines Fensters auszuschalten und sekundäre Abstrahlungsvorgänge infolge
Eigenemission der Kunststoff-Trägerfolie an die Fensterscheibe zu verhindern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Rolladenfolie
und Fensterscheibe eine gegen die Innenraumatmosphäre abgeschlossene thermische
Isolationszone geschaffen wird und die Reflexionsschicht für die Raumwärmestrahlung
auf der dem Fensterglas zugewandten Seite der Folie aufgebracht wird.
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Der Abschluß des Zwischenraumes zwischen Folie und Fensterscheibe
wird einer weiteren Ausbildung der Erfindung zufolge mit Hilfe einer festen, zusätzlichen
Abdeckung auf der Raum-Innenseite des Folienelementes geschaffen.
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Diese Abdeckung schafft eine weitere thermische Pufferzone und verbessert
die Isolationseigenschaften des Fensters entsprechend. Hierbei wird die Reflexionsfolie
für Wärmestrahlung zur Erhöhung ihrere Wärmeschutzeinrichtung beidseitig beschichtet.
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Vorteile der Erfindung Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile
bestehen insbesondere darin, daß mit der Anwendung des thermisch isolierenden, abgeschlossenen
Zwischenraums zwischen Folie und Fenster und der Ausrichtung der wärmereflektierenden
Schichtvin Richtung Fenster, eine spürbare Erhöhung des Wärmedämmfaktors an Fensterscheiben
mit beweglichen Folienstrukturen möglich wird.
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Zeichnung Weitere Vorteile und Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung
dargestellt.
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Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung des an der Innenseite
eines Fensterrahmens angebrachten Folienelements mit zusätzlicher Abdeckung, Fig.
2 einen waagrechten Schnitt durch die Fenster-Folienelement-Konstruktion zur Darstellung
der seitlichen Abdichtung der Zwischenräume.
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Das Ausführungsbeispiel in Fig. 1 zeigt ein auf der Fenster-Innenseite
montiertes Folienelement mit zusätzlicher Abdeckung. Der Rahmen des Folienelements
1 ist dabei dicht mit dem Fensterrahmen 2 verbunden, so daß die Zwischenräume 3
und 4 dicht gegenüber der Innenraumatmosphäre abgeschlossen sind. Die Gesamtlänge
der Rolladenfolie 5 begträgt ein ganzzahliges Vielfaches des zwischen den beiden
Halterollen 6 und 7 aufgespannten Abschnitts.
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Jeder dieser Abschnitte ist mit einer unterschiedlichen Beschichtung
versehen. Für das folgende Beispiel befinde sich die Wärmeschutz-Folie zwischen
den Halterollen: Die innere Abdeckung 9 steht annähernd mit der Innenraumatmosphäre
im thermischen Gleichgewicht. Besteht die innere Abdeckung 9 z,B.
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aus Glas, dann besteht auch Strahlungsgleichgewicht, d.h. die Raumstrahlung
wird von dieser Abdeckung absorbiert und entsprechend ihrer Eigentemperatur nahezu
gleich stark in beide Richtungen emittiert. Aufgabe der Folie 5 ist nun, die von
der inneren Abdeckung 9 in Richtung der Fensterscheibe 8 abgestrahlte Energie zu
reflektieren. Dieser Effekt gestattet der Fensterscheibe 8, ihre Eigentemperatur
mehr der Außentemperatur anzugleichen und so ihre konvektiven und Strahlungsverluste
nach Außen zu verkleinern. Da nun ein großer Temperaturunte#rschied zwischen der
inneren Abdeckung 9 und der Fensterscheibe 8 entsteht, muß auch die der Fensterscheibe
8 zugewandte Seite der Folie 5 mit einer nicht emittierenden (=reflekiiereden) Schicht
versehen werden, da sonst die Folie auf Grund ihrer sich zwischen der'Außen- und
Innentemperatur befindlichen Eigentemperatur ihrerseits an die Fensterscheibe 8
Energie abstrahlen würde. Die Bedeutung der isolierenden Zwischenräume liegt nun
darin, daß auf Grund der schlechten thermischen Leitfähigkeit dieser Zonen infolge
unterdrückter Naturkonvektion durch entsP chende Wahl des Abstandes zwischen Folie
und Scheibe bzw, innerer Abdeckung z.B. 1 cm, der Temperaturgradient zwischen Fensterscheibe
4 und Innenabdecku.
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erhalten werden kann.
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Eine frei im Raum hänqende Folie mit einer in Richtung Innenraum angebrachte-Reflexionsschicht
würde infolge Naturkonvektion selbst Raumtemperatur annehmen und mit der Intensität
der Raumstrahluns selbst an das äußere
Fenster 8 abstrahlen. Selbst
bei beidseitiger reflektiver Beschichtung der Folie würde dann die Scheibe 8 direkt
durch Naturkonvektion erwärmt und damit die Wirkung der Folie größtenteils aufgehoben.
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Der direkte Abschluß zwischen dem Folien-Rolladen 1 und dem Fensterrahmen
2 verhindert weiterhin vorteilhaft das Eindringen von Feuchtigkeit in die Isolationszonen
3 und 4. Dies ist besonders wichtig zur Verhinderung von Kondensation oder Eisbildung
infolge Taupunktunterschreitung an der kalten äußeren Scheibe.
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In der dargestelltne Anordnung lassen sich in gleich vorteilhafter
Weise auch noch weitere Folien verwenden.
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Diese anderen Folien können z.B. folgende Eigenschaften besitzen:
a) Wärmeschutz- und Sichtschutz-Folie zur Reflexion aller Strahlungsbereiche für
die Anwendung bei Nacht.
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b) Hitzeschutz-Folie zur Reflexion des im Sommer nicht erwünschten
kurzwelligen Infrarotanteils der Solarstrahlung und zur Transmission des sichtbaren
Bereiches für die Gebäudebeleuchtung.
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c) Hitzeschutz- und Sichtschutz-Foli#e für die Anwendung in Sommernächten.
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Hierbei wird das sichtbare Spektrum reflektiert oder absorbiert,
während die langwellige Ruamstrahlung durchgelassen wird.
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Die Folie mit der jeweils gewünschten Eigenschaft läßt sich durch
Drehen beider Rollen in das Fensterfeld einbringen. Das Drehen der Rollen kann entweder
über einen Handantrieb oder über einen in eine Rolle integrierten Elektromotor-Antrieb
erfolgen. Bei elektrischem Antrieb kann weiterhin die Energieversorung über am äußeren
Fensterrahmen angebrachte Solarzellen und Speicherbatterien und die Steuerung durch
eine in den Rahmen integrierte Elektronik erfolgen. Die Kraft zum Spannen der Folie
kann entweder durch eine Gegenfeder in der zweiten Rolle oder durch eine mechanische
Obertragung des Drehmoments zwischen beiden Rollen erfolgen. Diese Methode hat den
Vorteil, daß das zum Spannen der Folie notwendige Drehmoment an den Rollen durch
diese Verbindung neutralisiert wird und der Antriebsmotor nur den Reibwiderstand
zu überwinden hat. Allerdings muß auch hier ein Torsionsausgleich z.B. durch eine
Feder zwischen beiden Rollen geschaffen werden, wegen der nicht konstanten Aufwickelmesser.
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Fig. 2 zeigt einen waagrechten Schnitt durch die Rolladen - Fenster
Einheit, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Der seitliche dichte Abschluß zwischen
Fenster und FOlie wird hier dargestellt.
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